BIOTRANSFORMASI ERWIN DYAH N.

Presentasi berjudul: "BIOTRANSFORMASI ERWIN DYAH N."— Transcript presentasi:

1 BIOTRANSFORMASI ERWIN DYAH N

2 DEFINISI Biotransformasi = proses perubahan bahan kimia menjadi bahan kimia lain melalui reaksi kimia yg terjadi di dalam tubuh Proses biotransformasi = Metabolisme / transformasi metabolik Namun, pd metabolisme kadang tdk spesifik hanya proses transformasi saja, di sini juga terjadi fase toksikokinetik

3 Biotransformasi Penting untuk kehidupan karena :
- ada proses perubahan zat gizi (nutrien) bahan yg diperlukan untuk fungsi tbh secara normal Ex: Pd obat -- kdg yg dibutuhkan metabolitnya-bukan obat aslinya Misal: phenoxybenzamine (Dibenzyline®)- obat HT  hrs ditransformasi menjadi metabolitnya ( bahan aktif yg diperlukan adlh metabolitnya) - slh satu mekanisme pertahanan diri (defense) - mel detoksifikasi  ekskresi

4 Toksikan yg lipofilik , non polar, BM rendah mdh menembus membran (kulit, GIT, & paru)
Lipofilik sulit dieliminasi  akumulasi  level bahaya Lipofilik sebag. > dpt diubah  metabolit yg hidrofilik  > sulit menembus membran sel penting & > mdh dikeluarkan Jadi – “biotransformasi mrpk kunci utama mekanisme pertahanan tubuh!”

5 Tbh manusia punyaikapasitas biotransformasi yg sangat baik u/ sebag
Tbh manusia punyaikapasitas biotransformasi yg sangat baik u/ sebag. > xenobiotik & limbah tubuh Limbah metabolisme yg harus dieliminasi misalnya: Hb penghancuran SDM  pelepasan Hb Pd kondisi normal : Hb biotransformasi  Bilirubin (toksik bagi otak bayi baru lahir pd kadar tinggi  irreversible brain injury) Bilirubin (lipofilik)  biotransformasi hidrofilik ekskresi (urin & feces)

6 Proses biotransformasi : tdk perfect
Detoksifikasi -- menjadi < toksik Bioaktifasi – menjadi > toksik Kadang, biotransformasi dpt menghasilkan metabolit yg dpt berinteraksi dg DNA  efek parah pd kesh. Ex: Vinyl chloride  vinyl chloride epoxide  berikatan kovalen dg . DNA & RNA Cancer liver.

7 For Academics : The term "biotransformation" refers to:
an increase in electrical charge in tissues produced by a biological transformer b. chemical reactions in the body that create a new chemical from another chemical the transformation of one type of cell in a tissue to another type of cell

8 Biotransformation is the process whereby a substance is changed from one chemical to another (transformed) by a chemical reaction within the body.

9 For Academics : Detoxification is a biotransformation process in which: a. metabolites of lower toxicity are produced b. metabolites of higher toxicity are produced

10 When biotransformation results in metabolites of lower toxicity, the process is known as detoxification.

11 Chemical reactions Terjadi terus menerus di tubuh terjadi
Mrpk aspek kehidupan normal  berperan dlm : a. Membangun jaringan baru b. Pembongkaran jaringan yg sdh tua c. Mengubah makanan  energi d. Pembuangan zat sisa e. Eliminasi xenobiotic toksik Di dlm tbh >> reaksi kimia – sangat teratur & terjadi saat dibutuhkan >> terjadi pd kecepatan yg cukup- krn peran enzym sbg katalis Katalis : bahan kimia yg membantu mempercepat reaksi ttp tidak ikut bereaksi

12 Enzym Mrpk katalis untuk hampir semua reaksi kimia dlm tbh
Tanpa enzym reaksi lambat  masalah kesehatan Ex: Org yg mengalami phenylketonuria (PKU) tak bs menggunakan pemanis yg mengandung aspartame (in Equal®). Aspartame = phenylalanine ( ada dlm sebagian besar makanan yg mengd prot.) ggn genetik PKU  tdk dpt mengubah : phenylalanine tyrosine (another amino acid) menumpuk dlm tbh Retardasi mental parah Bayi : hrs rutin dicek PKU (saat lahir)  jk +  diet khusus (dibatasi asupan phenylalanine saat bayi/anak2)

13 Reaksi enzymatik tdk selalu sederhana
Ada enzym yg bth cofactors / co-enzymes u/ membantu tugasnya sbg katalis co-factors : komponen normal di sebagian besar sel & sering terlibat dlm reaksi perubahan zat gizi menjadi energi Contoh co-factor : Vitamin Yg memegang kunci transformasi xenobiotik adalah OBAT atau enzym

14 The relationship of substrate, enzyme, co-enzyme, and transformed product is illustrated below:

15 >> Enzym untuk biotransformasi
Protein BM tinggi Td. atas rantai AA dg ikatan peptida Sangat spesifik (hanya membantu reaksi tertentu) Sering diibaratkan kunci dan gembok Terlihat dlm gambar: jk suatu bahan cocok dg enzym terbentuk komplek enzym-substrat  reaksi  2 bahan kimia

16

17 Specifisitas Enzym

18 contoh Absolut Spesificity:
Formaldehyde dehydrogenase hanya sbg katalisator pd reaksi kimia formaldehyde Acetylcholinesterase  hanya sbg katalisator bahan kimia neurotransmiter acetylcholine Group specivicity: Alcohol dehydrogenase  mempunyai “ group specificity”  krn dpt mengubah beberapa jenis alkohol termasuk methanol & ethanol Linkage specivicity: N-oxidation  dpt mengkatalis reaksi yg ada ikatan nitrogen dg menggantikan gugus nitrogen dg oksigen

19 Penamaan enzym Kecuali untuk pepsin & trypsin  semua diberi akhiran “ase” + bahan yg bereaksi dan tipe reaksi Ex: Alcohol dehydrogenase = enzym yg mengubah Alkohol dengan melepaskan hidrogen  hasilnya aldehyde atau keton

20 Biotransformasi alkohol  acetaldehyde
ADH = alcohol dehydrogenase, a specific catalyzing enzyme NAD = nicotinamide adenine dinucleotide, a common cellular reducing agent

21 Faktor yg mempengaruhi reaksi biotransformasi
Suatu xenobiotik dpt diubah menjadi > toksik/ < toksik  dipengaruhi oleh : Dosis Circumstances (cara minumnya) Ex: Tylenol (asetaminophen) –obat analgesik & antipiretik Jika diminum sesuai dosis anjuran  efek yg diinginkan Jika melebihi dosis hepatotoxicity

22 Jika dosis ber >>  < enzym  obat mengalami reaksi melalui jalur lain  bioaktivasi  hepatotoksik O.k.i  hanya boleh diminum setiap 4-6 jam dan tidak boleh diminum me>i 4 dosis/24 jam Enzym – jumlah terbatas  dapat kehabisan (melebihi kemampuan tubuh untuk mensintesis kembali)  "Dose Makes the Poison."

23 Pengelompokan Reaksi biotransformasi
Menurut jenis reaksinya (misal : oksidasi, reduksi) Menurut Fase (urutannya) Reaksi Fase I : modifikasi bahan kimia dg menambah strk. kimia fungsional bahan menjadi cocok (fit) u/ msk Fase II  konjugasi (bergabung dg bahan lain) Reaksi fase II terdiri atas: reaksi enzymatik yg mengikat xenobiotik yg sdh termodifikasi dg bahan lain  konjugat Konjugat  molekul > besar & > polar (larut air)  mdh dikeluarkan , sulit menembus membran sel

24 Bahan yg tdk perlu melalui fase I  jadi langsung ke fase II
Ex: Phenol Phenol  langsung terkonjugasi menjadi metabolit yg bs langsung di ekskresi Benzen  perlu fase I & II Pada fase I : benzen  phenol Pada fase II : phenol terkonjugasi  phenyl sulfate

25 Biotransformasi benzen

26 Reaksi transformasi utama :

27 Fase I : a. Oksidasi Proses dmn molekul/Substrat kehilangan elektron
reaksi = oksidasi krn pertamakali ditemukan mrpk reaksi penambahan oksigen Reaksi oksidasi tdk selalu melibatkan Oksigen Contoh reaksi oksidasi yg tak melibatkan oksigen : - dehydrogenation lepasnya ion H molekul - electron transfer  berpindahnya elektron dari substrat

28

29 Fase I : b. Reduksi Substrat menerima elektron
Paling banyak terjadi pd xenobiotik jika O2 rendah Reduksi dpt terjadi pada ikatan ganda nitrogen-nitrogen (azo reduction) atau pada kelompok nitro (NO2). Seringkali, AA yg dihasilkan akan teroksidasi membentuk metabolit yg toksik Beberapa bahan kimia spt CCl4 dapat tereduksi oleh radikal bebas yg sangat reaktif thd jaringan Jadi : Reduksi > sering mengakibatkan Bioaktivasi

30 Contoh reduksi kelompok nitro:

31 Fase I : Hydrolisis Penambahan air menyebabkan toksikan terpecah menjadi 2 fragmen atau molekul yg > kecil --Kelompok hidroksil(OH-) & atom hidrogen Yg sering mengalami hidrolisis : esters, amines, hydrazines, & carbamates Contoh biotransformasi procaine (local anesthetic) yg terhidrolisis menjadi 2 bhn kimia lain sbb :

32 Hidrolisis

33 Fase II xenobiotic yg telah melewati fase I  new intermediate metabolite –yang terdiri atas bahan kimia reaktif spt: hydroxyl (-OH), amino (-NH2), &carboxyl (-COOH) Bebrapa blm menjadi ckp hidrofilik –msh sulit dikeluarkan  harus melalui fase II (reaksi biotransformasi tambahan)

34 Fase II Reaksi konjugasi
Molekul normalnya dlm tubuh  ditambahahkan pd metabolit dari reaksi fase I  terkonjugasi (> hidrofilik)  mdh dikeluarkan Reaksi utama pada fase II: glucuronide conjugation - most important reaction sulfate conjugation - important reaction acetylation amino acid conjugation glutathione conjugation methylation

35 Fase II : konjugasi glukoronide
Paling penting dari fase II salah satu molekul yg ditambahkan pada metabolit hasil fase I : asam glukoronat (berasal dari glukosa) Bagian yg mengalami reaksi glucuronidasi adalah substrat yg mengandung ikatan oxygen, nitrogen, atau sulfur Contoh : bilirubin, hormon steroid dan tiroid Glucuronidasi mrpk jalur yg kapasitasnya tinggi untuk konjugasi xenobiotik. Melalui jalur ini  toksisitas berkurang (Pengecualian : pd bahan carcinogenik ) Konjugat glucuronide  biasanya ckp hidrofilik  mudah dikeluarkan (melalui empedu)

36 The glucuronide conjugation of aniline is illustrated below:

37 Fase II : konjugasi sulfat
Ikatan dengan sulfat >> akan menurunkan toksisitas konjugat sulfat akan segera diekskresikan melalui urine. Jalur ini kapasitasnya rendah u/ konjugasi xenobiotic. Sering xenobiotik yg sama dpt mengalami konjugasi melalui jalur glukoronidasi atau sulfatasi

38 For Academics : The substances in the body that accelerate chemical reactions are known as: a. amino acids b. substrates c. enzymes

39 Enzymes are proteins that catalyze nearly all biochemical reactions in the body.

40 For Academics : The convention used to name specific enzymes consists of : combining the substrate name with the type of chemical reaction b. combining the target organ and the type of chemical reaction c. combining the substrate name with the form of toxicity

41 Enzyme names end in "ase" and usually combine the substrate acted on and the type of reaction catalyzed (a)

42 For Academics : Biotransformation reactions are classified as Phase I and Phase II. The basic difference is: Phase I reactions conjugate a substrate whereas Phase II reactions oxidize the substance Phase I reactions generally add a functional structure whereas Phase II reactions conjugate the substance a Phase I reaction generally makes a substance more hydrophilic than a Phase II reaction

43 Phase I reactions are generally reactions which modify the chemical by adding a functional structure. This allows the substance to "fit" into the Phase II enzyme so that it can become conjugated (joined together) with another substance. Phase II reactions consist of those enzymatic reactions that conjugate the modified xenobiotic with another substance (b)

44 For Academics : The difference between oxidation and reduction reactions is: a substrate gains electrons from an oxidation reaction whereas it loses electrons by a reduction reaction oxygen is removed from a substrate in oxidation and added in the reduction reaction a substrate losses electrons from an oxidation reaction whereas it gains electrons by a

45 Oxidation is a chemical reaction in which a substrate loses electrons
Oxidation is a chemical reaction in which a substrate loses electrons. Reduction is a chemical reaction in which the substrate gains electrons (c)

46 For Academics : Which conjugation reaction is the most common in the biotransformation of xenobiotics? a. amino acid conjugation b. glucuronide conjugation c. methylation

47 Glucuronide conjugation is one of the most important and common Phase II reactions. Glucuronidation is a high-capacity pathway for xenobiotic conjugation (b)

48 Biotransformation Sites
Enzym Biotransformasi  tersebar luas di seluruh tubuh Liver  organ biotransformasi utama - besar - banyak enzym di sini Ginjal & paru  kapasitas biotransformasi % dibanding liver Kulit , usus, testis, plasenta  kapasitas rendah O.k.i liver sangat rentan thd toksisitas xenobiotic yang mengalami bioaktivasi

49 Enzym dlm sel berada pd : microsomes (small vesicles) dari Endoplasmic reticulum dan bagian sitoplasma (cytosol) Aktifitas transformasi sebagian kecil terjadi juga di : mitochondria, nucleus, dan lysosome

50 Cytochrome P-450 Enzym utama pd Fase I
sistem enzym ini disebut : "mixed function oxidase (MFO) " system. Ada di microsome Bertanggungjawab pada reaksi oksidasi

51 Liver Biotransformasi hampir semua xenobiotics
Aliran darah dari GIT  langsung ke liver – liver rentan thd toksikan yg melalui ingesti Darah dari GIT tdk langsung ke sirkulasi umum (lewat EHC)  disebut "first pass" phenomena. Dari liver darah ke seluruh area tbh (sebag besar sdh didetoks di liver) Metabolit yg toksik ada pd kadar tinggi di liver

52 For Academics : The organ that has the greatest ability to biotransform xenobiotics is the: a. liver b. pancreas c. skin

53 Biotransforming enzymes are widely distributed throughout the body
Biotransforming enzymes are widely distributed throughout the body. However, the liver has the largest concentration of all organs and thus has a very high capacity for biotransformation.

54 For Academics : The "first pass" phenomenon pertains to:
a. the situation where xenobiotics that are absorbed from the GI tract first enter the circulating blood before going to the liver b. a condition where the liver first biotransforms a xenobiotic by Phase II reaction before it is biotransformed by a Phase I reaction c. an anatomical arrangement in which xenobiotics absorbed from the intestine go to the liver first rather than into the systemic circulation

55 Blood leaving the gastrointestinal tract does not directly flow into the general circulatory system. Instead, it flows into the liver first via the portal vein. This is known as the "first pass" phenomena.(c)

56 Faktor pemodifikasi biotransformasi
Efektifitas biotransformasi tergantung pada beberapa faktor : species, age, gender, genetic variability, nutrition, disease, exposure to other chemicals that can inhibit or induce enzymes, and dose levels. perbedaan  dasar selective toxicity Ex: Pestisida aman bagi manusia tp tdk untuk tikus malathion pd mamalia di ubah (hidrolisis) menjadi metabolit yg kurang toksik– di insekta malah menjadi metabolit yg > toksik ( teroksidasi menjadi malaoxon yg letal bg insekta)

57

58 Usia & sex Usia  efisiensi biotrans Neonatus  terbatas
Dws  aktifitas stabil Tua  menurun sex: Terkait dg hormon

59 genetik Ada yg secara genetik dpt bereaksi cepat pd acetylasi

60

61 Contoh obat yg metabolismenya lambat krn defect metabolik

62 Gizi buruk & penyakit Gizi buruk
Mempengaruhi kemampuan biotransformasi Terkait dg rendahnya protein, vitamin & logam essensial Menurunkan kemampuan sintesa enzym Penyakit Ada bbrp penyakit yg menyebabkan menurunnya kapasitas biotransf. Ex: hepatitis

63 Enzyme Inhibition Bs o.k. Pajanan xenobiotics
Ok pajanan xenobiotik ttt  menghambat kapasitas biotransformasi (o.k. Hambatan pd enzym ttt) Mekanisme utama : kompetisi antara 2 zat thd enzym oksidasi atau konjugasi Zat 1 menggunakan enzym yg dibutuhkan untuk memetabolisme zat 2

64 Enzyme Induction Adanya pajanan dengan bhn kimia ttt / obat  meningkatkan kapasitas biotransformasi xenobiotik Zat 1  merangsang tbh untuk produksi enzym  aktifitas enzym meningkat  biotransformasi meningkat Contoh penginduksi : Alcohol, isoniazid, polycyclic halogenated aromatic hydrocarbons (e.g., dioxin), phenobarbital, and cigarette smoke. Reaksi yg paling sering terinduksi : reaksi yg melibatkan enzym cytochrome P-450

65 Pengaruh dose level pd biotransformasi
Pd kondisi tertentu  proses biotransformasi yg terjadi bs sangat berbeda pd dosis tinggi dibanding rendah Hal ini yg berperan pd NAB dosis toksisitas hal ini krn proses biotrans yg berbeda pd dosis tinggi. Pd dosis rendah  xenobiotik mengikuti jalur biotransformasi u/ detoks. Jk dosis berlebihan  melampaui kapasitas enzym  jalur biotrans. Jenuh  xenobiotik yg blm dibiotrans menumpuk  masuk jalur lain  bioaktifasi

66 Contoh dose-related difference pd tylenol (acetaminophen)
pd dosis normal : 96%  didetoksifikasi melalui konjugasi sulfatasi & glukoronidasi 4%  bioaktifasi  kmd dikonjugasi oleh GSH  dikeluarkan Jika dosis : kali lebih besar  jalur konjugasi sulfat dan glucoronat menjadi jenuh  metabolilk > toksik GSH dlm liver –juga berkurang (deplesi)  metabolik toksik tdk bisa didetoks.  bereaksi dg protein liver  “ fatal liver damage”

67 For academics Selective toxicity refers to a difference in the toxicity of a xenobiotic to different species. This selective toxicity can usually be attributed to: a. differences in the ability to absorb the xenobiotic b. differences in organ systems between species c. differences in capability to biotransform the xenobiotic

68 A difference between species in their capability to biotransform a specific chemical is normally the basis for a chemical's selective toxicity.